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数字で見るClassiq Coding Competition

3
7月
,
2022

始まり

Classiq Coding Competitionを立ち上げたとき、私たちは何を期待していいのかわかりませんでした。いくつかの目標がありました:

  • コンパクトであることと効率的であることの両方が重要であり、可能であるという事実を認識させた。
  • 世界各地からのイノベーションを奨励する。
  • 量子コンピューティング分野に参入する若者を奨励する。

CEOが言うように:

「効率的な量子アルゴリズムの作成は、工学であり芸術でもある。Classiqコーディング・コンペティションは、世界の量子ソフトウェア・コミュニティに対して、その才能を披露し、量子コンピューティングがいかに人類を新たな高みへと導くことができるかを示すよう呼びかけるものです。効率的な回路は、量子コンピューターが重要な問題を解決する能力を高める。"

我々は、4つの量子問題(状態準備ハミルトニアン指数化制約充足マルチ制御トフォリゲート)を指定し、効率的な解答、オリジナル作品、18歳以下の参加者に様々な賞金を提供することで、これらの目標を達成しようとした。

何が起こったのか

結果は期待以上だった:

  • 51カ国から297人が登録した。下の地図は国別の登録者数を示している。

上位の国は以下の通り:インド(71件)、米国(65件)、イスラエル(23件)、ドイツ(12件)、カナダ(10件)、フランス(10件)、英国(9件)、スペイン(8件)、日本(8件)、ポーランド(6件)。

  • 登録者の約1割(計27人)は、問題を共同で解決するために結束したグループだった。
  • 登録者の5%(14人)が「18歳以下」のカテゴリーだった。
  • 登録者の45%が量子コンピューティングの経験が1年未満、32%が1〜2年、12%が2〜3年、11%が3年以上と回答した。
  • 学術界と産業界の両方から登録があった。アカデミックな面では、学部生から教授まで、あらゆる立場の方から応募がありました。企業側からは、IBM、アマゾン、マッキンゼー、インフォシス、マイクロソフト、インテル、その他多くの企業で働く人々からのエントリーがあった。

ソリューションの審査

82名のユニークな参加者から合計146の解答を得た。最も多くの解答を得たのはマルチ制御トッフォリ問題(57解)であり、制約充足問題(44解)、金融状態準備 問題(23解)、化学ハミルトニアン指数化問題(22解)がこれに続いた。

私たちの審査の目標は、勝者を決めることだった。当たり前のことのように聞こえるかもしれないが、私たちはこれを試験ではなくコンペティションと考えたので、私たちの目標はすべての解答を採点することではなく、上位の解答を見つけることだったということに注意することが重要である。したがって、私たちは次のような方法で臨んだ:

  • 参加者から報告された指標(CXゲートの数または全体の深さ)によって解答を並べ替えた。低い方が良かった。
  • ゲート数と全体の深さをチェックした。ほとんどの提出物がこの数を正確に報告していたが、中には実際の数より少し多かったり少なかったりする深さやゲート数を報告しているものもあった。
  • 最も小さい数字から順に解答をテストした。それぞれの問題に対して、異なるテスト方法を用いた。例えば、多制御トフォリ問題では、回路等価性ツールを使用し、解を一般公開されているライブラリの標準実装と比較することができた。制約充足問題では、グローバー回路を実行して結果を決定した。対数正規状態準備関数については、精度をテストするためのサンプルコードを提供した。
  • 検証に合格した回路については、解をさらに深く調べた。例えば、Groverの解がハードコードされておらず、回路が実際にオラクルを実装していることを確認したかった。
  • 多くの正しい状態準備ソリューションが同じ回路の深さを持っていたため、コンペティションの早い段階で提出されたものを優先した。

革新的なソリューション」と「18歳以下」部門の受賞者の決定は、より主観的なもので、努力や説明の質などを重視した。いくつかの説明(制約充足の受賞者を参照)は、学術出版物のように詳細で、フォーマット化されていた。

全受賞者リストはこちらからご覧いただけます。

財務:対数正規状態での準備

問題は次のように定義された:

多くの量子アルゴリズムは、量子ビットを特定の状態に初期化することに依存している。アルゴリズムの高速化は、量子状態を効率的に準備できるかどうかにかかっている。量子状態を準備するという課題は、アイソメトリックを特定の量子回路にコンパイルするという、より広範なユースケースの一例であり、一般的に、指数関数的な数のゲートが必要であることが知られている。一般的な分布の1つに対数正規分布があり、ブラック・ショールズ・モデルのオプション価格決定式など多くの場所で使用されている。

ゴールは回路の深さを最小化することで、実際に優勝した解の回路の深さは1だった。より詳細な説明については、後日投稿する予定だが、基本的にこの問題には2つの自由度があった。分布を近似するために使用できる特定の量子ゲートと、離散化(各量子ビンが何に対応するかなど)である。離散化を修正することで、量子回路の深さを1にすることができた。以下は、様々な有効な解決策の提出された回路深度であり、最良(最小カウント)から最高カウントまでソートされている:

入賞ソリューションの説明はこちら

化学ハミルトンの指数化

問題定義はこうだ:

ハミルトニアン・シミュレーション問題は、シュレディンガー方程式を解くことによって、分子や固体系などの量子系の進化を記述する。量子コンピュータは、スケーラブルな方法でシミュレーションを可能にする。最も注目すべきアルゴリズムは、トロッター化に基づく積の公式である。この問題では、ユニタリーe-iHe-iH(HHはLiH(水素化リチウム)分子の量子ビットハミルトニアン)を近似する回路を10量子ビット以下で生成します。LiHのハミルトニアンは276個のパウリストリングで構成されています。近似誤差は次のセクションで定義され、0.1以下でなければならない。回路はCXゲートと単一量子ビットゲートのみで構成する。

以下は、様々な有効なソリューションの提出された回路深度であり、ベスト(最低カウント)から最高カウントまでソートされている:

入賞ソリューションの説明はこちら

最適化:制約充足

問題はカックロのパズルを解くことに集中していた:

カックロは、しばしばクロスワードの数学的音訳と呼ばれるロジックパズルである。このパズルは、マス目と空マスで構成されている。空マスにマッチするマスには必要な和が入る。パズルの目的は2つの制約のもとで空白を埋めることである:1) 同じ行/列にある2つのマスに同じ数字が入ることはない。2) 各行/列のマスの合計が、マッチするマスに等しいこと。ゴールはグローバーのアルゴリズムを使ってこのカックロのパズルを解くことである.

入賞したソリューションをここに紹介し、解説する。

結果は以下の通り:

マルチ制御トッフォリゲート

問題は次のように定義された:

多くの量子演算にはマルチ制御トフォリ(MCX)ゲートが含まれる。このタスクでは、限られた量子ビット数と回路深さのMCXゲートの実装に焦点を当てます。あなたの目標は、14制御量子ビットを持つMCXゲートをシングル量子ビットとダブル量子ビットのCXゲートに分解することです。クリーンな補助量子ビットは5つまで使用でき、回路の最後で解放(計算解除)する必要があります。従って、回路は合計20量子ビットまでしか使用できない:制御量子ビット14個、ターゲット量子ビット1個、補助量子ビット5個まで。

入賞したソリューションはここに紹介し、ランク付けされた応募作品は以下の通り:

18歳以下のカテゴリー

嬉しい驚きのひとつは、若い参加者の応募作品の数と質が高かったことだ。特に特筆すべきは、バージニア州のトーマス・ジェファーソン高校を卒業したばかりの高校生3人組、タルシイ・ゴエル、カリーム・ジャベール、シリル・シャルマからなるチーム「Carnivorous Cacti」だ。このチームは、トッフォリ分解問題で銅賞を受賞し(母集団全体との競争)、ハミルトニアン指数化問題でも佳作を受賞した。当然、私たちは彼らが「18歳以下」賞にふさわしいと感じた。

ボストンで開催されたQuantum.Techカンファレンスで受賞者を発表したため、3人の学生にはボストンに来てもらい、直接賞品を受け取ってもらいました。賞品と一緒に私たちのブースにいます:

特に、この業界が直面している著しい人材不足を考えると、このショーの参加者は、この新世代の量子ソフトウェア・エンジニアに興奮し、楽観的であったと思う。

始まり

Classiq Coding Competitionを立ち上げたとき、私たちは何を期待していいのかわかりませんでした。いくつかの目標がありました:

  • コンパクトであることと効率的であることの両方が重要であり、可能であるという事実を認識させた。
  • 世界各地からのイノベーションを奨励する。
  • 量子コンピューティング分野に参入する若者を奨励する。

CEOが言うように:

「効率的な量子アルゴリズムの作成は、工学であり芸術でもある。Classiqコーディング・コンペティションは、世界の量子ソフトウェア・コミュニティに対して、その才能を披露し、量子コンピューティングがいかに人類を新たな高みへと導くことができるかを示すよう呼びかけるものです。効率的な回路は、量子コンピューターが重要な問題を解決する能力を高める。"

我々は、4つの量子問題(状態準備ハミルトニアン指数化制約充足マルチ制御トフォリゲート)を指定し、効率的な解答、オリジナル作品、18歳以下の参加者に様々な賞金を提供することで、これらの目標を達成しようとした。

何が起こったのか

結果は期待以上だった:

  • 51カ国から297人が登録した。下の地図は国別の登録者数を示している。

上位の国は以下の通り:インド(71件)、米国(65件)、イスラエル(23件)、ドイツ(12件)、カナダ(10件)、フランス(10件)、英国(9件)、スペイン(8件)、日本(8件)、ポーランド(6件)。

  • 登録者の約1割(計27人)は、問題を共同で解決するために結束したグループだった。
  • 登録者の5%(14人)が「18歳以下」のカテゴリーだった。
  • 登録者の45%が量子コンピューティングの経験が1年未満、32%が1〜2年、12%が2〜3年、11%が3年以上と回答した。
  • 学術界と産業界の両方から登録があった。アカデミックな面では、学部生から教授まで、あらゆる立場の方から応募がありました。企業側からは、IBM、アマゾン、マッキンゼー、インフォシス、マイクロソフト、インテル、その他多くの企業で働く人々からのエントリーがあった。

ソリューションの審査

82名のユニークな参加者から合計146の解答を得た。最も多くの解答を得たのはマルチ制御トッフォリ問題(57解)であり、制約充足問題(44解)、金融状態準備 問題(23解)、化学ハミルトニアン指数化問題(22解)がこれに続いた。

私たちの審査の目標は、勝者を決めることだった。当たり前のことのように聞こえるかもしれないが、私たちはこれを試験ではなくコンペティションと考えたので、私たちの目標はすべての解答を採点することではなく、上位の解答を見つけることだったということに注意することが重要である。したがって、私たちは次のような方法で臨んだ:

  • 参加者から報告された指標(CXゲートの数または全体の深さ)によって解答を並べ替えた。低い方が良かった。
  • ゲート数と全体の深さをチェックした。ほとんどの提出物がこの数を正確に報告していたが、中には実際の数より少し多かったり少なかったりする深さやゲート数を報告しているものもあった。
  • 最も小さい数字から順に解答をテストした。それぞれの問題に対して、異なるテスト方法を用いた。例えば、多制御トフォリ問題では、回路等価性ツールを使用し、解を一般公開されているライブラリの標準実装と比較することができた。制約充足問題では、グローバー回路を実行して結果を決定した。対数正規状態準備関数については、精度をテストするためのサンプルコードを提供した。
  • 検証に合格した回路については、解をさらに深く調べた。例えば、Groverの解がハードコードされておらず、回路が実際にオラクルを実装していることを確認したかった。
  • 多くの正しい状態準備ソリューションが同じ回路の深さを持っていたため、コンペティションの早い段階で提出されたものを優先した。

革新的なソリューション」と「18歳以下」部門の受賞者の決定は、より主観的なもので、努力や説明の質などを重視した。いくつかの説明(制約充足の受賞者を参照)は、学術出版物のように詳細で、フォーマット化されていた。

全受賞者リストはこちらからご覧いただけます。

財務:対数正規状態での準備

問題は次のように定義された:

多くの量子アルゴリズムは、量子ビットを特定の状態に初期化することに依存している。アルゴリズムの高速化は、量子状態を効率的に準備できるかどうかにかかっている。量子状態を準備するという課題は、アイソメトリックを特定の量子回路にコンパイルするという、より広範なユースケースの一例であり、一般的に、指数関数的な数のゲートが必要であることが知られている。一般的な分布の1つに対数正規分布があり、ブラック・ショールズ・モデルのオプション価格決定式など多くの場所で使用されている。

ゴールは回路の深さを最小化することで、実際に優勝した解の回路の深さは1だった。より詳細な説明については、後日投稿する予定だが、基本的にこの問題には2つの自由度があった。分布を近似するために使用できる特定の量子ゲートと、離散化(各量子ビンが何に対応するかなど)である。離散化を修正することで、量子回路の深さを1にすることができた。以下は、様々な有効な解決策の提出された回路深度であり、最良(最小カウント)から最高カウントまでソートされている:

入賞ソリューションの説明はこちら

化学ハミルトンの指数化

問題定義はこうだ:

ハミルトニアン・シミュレーション問題は、シュレディンガー方程式を解くことによって、分子や固体系などの量子系の進化を記述する。量子コンピュータは、スケーラブルな方法でシミュレーションを可能にする。最も注目すべきアルゴリズムは、トロッター化に基づく積の公式である。この問題では、ユニタリーe-iHe-iH(HHはLiH(水素化リチウム)分子の量子ビットハミルトニアン)を近似する回路を10量子ビット以下で生成します。LiHのハミルトニアンは276個のパウリストリングで構成されています。近似誤差は次のセクションで定義され、0.1以下でなければならない。回路はCXゲートと単一量子ビットゲートのみで構成する。

以下は、様々な有効なソリューションの提出された回路深度であり、ベスト(最低カウント)から最高カウントまでソートされている:

入賞ソリューションの説明はこちら

最適化:制約充足

問題はカックロのパズルを解くことに集中していた:

カックロは、しばしばクロスワードの数学的音訳と呼ばれるロジックパズルである。このパズルは、マス目と空マスで構成されている。空マスにマッチするマスには必要な和が入る。パズルの目的は2つの制約のもとで空白を埋めることである:1) 同じ行/列にある2つのマスに同じ数字が入ることはない。2) 各行/列のマスの合計が、マッチするマスに等しいこと。ゴールはグローバーのアルゴリズムを使ってこのカックロのパズルを解くことである.

入賞したソリューションをここに紹介し、解説する。

結果は以下の通り:

マルチ制御トッフォリゲート

問題は次のように定義された:

多くの量子演算にはマルチ制御トフォリ(MCX)ゲートが含まれる。このタスクでは、限られた量子ビット数と回路深さのMCXゲートの実装に焦点を当てます。あなたの目標は、14制御量子ビットを持つMCXゲートをシングル量子ビットとダブル量子ビットのCXゲートに分解することです。クリーンな補助量子ビットは5つまで使用でき、回路の最後で解放(計算解除)する必要があります。従って、回路は合計20量子ビットまでしか使用できない:制御量子ビット14個、ターゲット量子ビット1個、補助量子ビット5個まで。

入賞したソリューションはここに紹介し、ランク付けされた応募作品は以下の通り:

18歳以下のカテゴリー

嬉しい驚きのひとつは、若い参加者の応募作品の数と質が高かったことだ。特に特筆すべきは、バージニア州のトーマス・ジェファーソン高校を卒業したばかりの高校生3人組、タルシイ・ゴエル、カリーム・ジャベール、シリル・シャルマからなるチーム「Carnivorous Cacti」だ。このチームは、トッフォリ分解問題で銅賞を受賞し(母集団全体との競争)、ハミルトニアン指数化問題でも佳作を受賞した。当然、私たちは彼らが「18歳以下」賞にふさわしいと感じた。

ボストンで開催されたQuantum.Techカンファレンスで受賞者を発表したため、3人の学生にはボストンに来てもらい、直接賞品を受け取ってもらいました。賞品と一緒に私たちのブースにいます:

特に、この業界が直面している著しい人材不足を考えると、このショーの参加者は、この新世代の量子ソフトウェア・エンジニアに興奮し、楽観的であったと思う。

"キュービット・ガイのポッドキャスト "について

The Qubit Guy(弊社最高マーケティング責任者ユヴァル・ボーガー)がホストを務めるこのポッドキャストは、量子コンピューティングのオピニオンリーダーをゲストに迎え、量子コンピューティングエコシステムに影響を与えるビジネスや技術的な疑問について議論します。ゲストは、量子コンピュータのソフトウェアやアルゴリズム、量子コンピュータのハードウェア、量子コンピューティングの主要なアプリケーション、量子産業の市場調査などについて興味深い見解を提供します。

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